轮式拖拉机在典型路况下轮胎受力仿真分析

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1、第25卷增刊2农业工程学报Vol.25Supp.22009年10月TransactionsoftheCSAEOct.200961轮式拖拉机在典型路况下轮胎受力仿真分析1,21,21,2※徐飞军，黄文倩，陈立平（1．北京农业智能装备工程技术研究中心，北京100097；2．农业部农业信息技术重点开放实验室，北京100097）摘要：为了研究轮式拖拉机在典型路况下轮胎的受力情况，该文采用多体动力学软件RecurDyn进行轮式拖拉机建模，建立了包含4个车轮、前轴、后轴以及车架的简化模型，并给前轴和后轴施加合理的质量。利用RecurDyn的Fiala轮胎模块建立了轮胎与地面

2、的相互作用模型，分别对轮式拖拉机在上20°坡、上44°极限坡、下20°坡和下34°极限坡等情况下的轮胎位移和受力进行了仿真分析，同时比较了拖拉机在两种不同车速情况下的轮胎受力。结果表明，在不同的坡度下行驶时，轮式拖拉机前轮受到的冲击力差别明显，上44°坡时受到的最大冲击力比上20°坡时增加了67.73%，下34°坡时受到的最大冲击力比下20°坡时减少了8%；在相同的路面条件下，当拖拉机以0.678m/s过圆柱形障碍物时，前轮受到的最大作用力比在车速1.356m/s时减小了16.13%。仿真分析结果可为轮式拖拉机轮胎受力研究提供参考。关键词：拖拉机，模型，轮胎，仿

3、真，RecurDyndoi：10.3969/j.issn.1002-6819.2009.z2.012中图分类号：S219.1文献标识码：A文章编号：1002-6819(2009)-Supp.2-0061-05徐飞军，黄文倩，陈立平.轮式拖拉机在典型路况下轮胎受力仿真分析[J].农业工程学报，2009，25(增刊2)：61－65.XuFeijun,HuangWenqian,ChenLiping.Simulationanalysisoftireforceofwheeledtractorundertypicalroadconditions[J].Transaction

4、softheCSAE,2009,25(Supp.2)：61－65.(inChinesewithEnglishabstract)随着地面力学以及多体动力学的发展和完善，为研0引言究轮式拖拉机工作平稳性仿真分析提供了理论与技术支拖拉机作为动力机械，在农业上有着广泛的应用。持。本文通过多体动力学软件RecurDyn的Fiala轮胎模轮式拖拉机在整机结构的先进性、使用的可靠性、转弯块，建立轮胎与地面的相互作用模型，对轮式拖拉机在的灵活性及作业的适用范围等方面均优于履带式拖拉典型工作情况下轮胎受力情况进行了仿真分析。[1]机。尤其是轮胎对路面破坏作用小这一点，使得轮式拖

5、1轮胎力学模型拉机成为在农业生产中普遍使用的动力机械。由于轮式拖拉机自身以及使用环境的复杂性，传统拖拉机在行驶过程中，所有地面作用力都是通过轮的研究方法导致研制费用高、周期长。黑龙江八一农垦胎作用在拖拉机上的，拖拉机轮胎的机械特性对拖拉机[2]操纵稳定性有着非常重要的影响[6-10]。常用于动力学仿真大学的王新忠等对轮式拖拉机在不平地面行驶过程中的振动进行了分析，并建立了轮式拖拉机的力学模型和计算的轮胎模型有多种，其中Fiala轮胎模型考虑了复杂振动方程。同济大学的左曙光[3]分析了路面不平度幅值及的胎体变形，可计算纵向力、侧向力、垂直力、回正力路面空间频率变化

6、对地面附着性能的影响，得出路面不矩、滚动阻力矩和侧偏角、滑移率及垂直方向变形的变[11-12]化规律，有较高精确度和广泛的适用性，因此在本研平度增大时，路面对车轮的附着能力下降，使制动距离[4]究中采用Fiala轮胎模型。增长的结论。吉林工业大学的郑联珠等对田间有效软路[13]Fiala模型中的垂直力由下式计算面谱的形成过程建立了力学模型，并进行了理论计算。H.Shibly[5]等人对刚性驱动轮在低内聚力可变形的地面Fzmin(0,FzkFzc)(1)式中：F—垂直刚度引起的垂直力，N；F—垂直阻尼上进行了分析研究。但由于轮式拖拉机结构特别复杂，zkzc

7、且轮胎与地面间存在大量接触碰撞，早期主要用纯数学引起的垂直力，N。建模方式对轮胎受力进行研究，很难建立准确的动力学Fiala模型中的纵向力由下式计算，当处于弹性变形模型。状态时，ssscritical，则Fcs(2)xslips收稿日期：2009-06-30修订日期：2009-09-11当处于滑移状态时，ss，则scritical基金项目：国家科技支撑计划项目（2006BAD11A17）Fsigns()(FF)(3)作者简介：徐飞军（1981－），男，浙江杭州人，主要从事农业智能装备研xsx1x2究。北京北京农业智能装备工程技术研究中心，1000

8、97。2FZEm